Електробезпека

. Дія електричного струму на організм людини. Визначення напруги дотику. Допустимі значення напруги дотику

При проходженні струму через організм людини у першу чергу вражається центральна нервова система, у результаті чого порушується робота серцевого м’яза та органів дихання. Ступінь ураження залежить від сили та частоти струму, а також від шляху проходження струму через організм людини. При інших рівних умовах найбільший фізіологічний вплив на організм людини мають струми частотою 50 - 60 Гц. Що стосується сили струму, то неприємні відчуття виникають уже при струмах у декілька міліампер. При струмі 25 мА (0,025 А) наступає судорожне скорочення м’язів і людина стає не взмозі самостійно розтиснути пальці та вивільнитись від дроту, що знаходиться під струмом. При струмі 100 мА (0,1 А) практично миттєво наступає параліч дихання та серця. Правилами техніки безпеки за безумовно небезпечний прийнятий струм 50 мА (0,05 А).

Значним електричним опором володіє тільки поверхневий прошарок шкіри людини. Цей опір залежить від багатьох причин (вологості шкіри, ступеню розширення шкіряних капілярів та інше), та коливається у широких межах – від 800 до 100000 Ом. Опір різко знижується, наприклад, при вживанні алкоголю. Якщо прийняти опір людини рівним 1000 Ом, то небезпечним буде струм при напрузі .

При цьому джерело повинно віддавати потужність .

Якщо потужність джерела значно менша вказаної цифри, то високі напруги не призводять до загального ураження організму людини, але викликають неприємні відчуття.

При несправності ізоляції струмонесучих частин електротехнічних установок неізольовані металеві конструкції можуть опинитись під напругою. Під напругою опиниться й людина, що доторкнеться такої металевої конструкції. Назвемо цю напругу напругою дотику .

Правила техніки безпеки вважають небезпечними для людини наступні напруги при дотику: в сухому приміщенні ; в сирих приміщеннях з відносною вологістю 75 % та струмопровідними підлогами ; в особливо небезпечних приміщеннях (металеві кабіни, котли, приміщення з відносною вологістю 100 %) .

При поглинанні у воду опір тіла людини значно знижується внаслідок збільшення поверхні дотику тіла з середовищем, що проводиться, та зменшення питомого опору шкіри, том навіть порівняно невисокі напруги можуть опинитись смертельно небезпечними. З цієї причини, зокрема, у ванних кімнатах не встановлюють розеток електроживлення та вимикачів, а освітлювальні прилади закривають прозорими ковпаками.

15.11. Захисне заземлення трипровідних кіл

трифазного струму

Внаслідок того, що опір ізоляції дротів електричної мережі обмежений (не нескінченно великий), між лінійними дротами існують струми витоку , що замикаються через землю. На рис. 15.12 розподілений по довжині дроту опір ізоляції для наочності умовно зображений зосередженим.

Рис. 15.12. Струми витоку у трипровідній трифазній лінії

Якщо людина, що стоїть на землі, доторкнеться одного оголеного дроту лінії, то вона опиниться у небезпеці, так як майже весь струм витоку пройде через її тіло, а струм витоку у потужних енергосистемах зазвичай перевищує небезпечне значення 50 мА.

Дійсно, згідно рис. 15.13, струм витоку розподіляється між паралельними гілками і , а так як , то практично увесь струм витоку пройде через людину.

Звичайно, випадки, коли людина, що стоїть на землі, торкається оголеного дроту енергосистеми.

Для цього струмовідні частини електроустановок закриваються кожухами, застосовуються загородження та блокування, напруги, що автоматично відключаються, коли людина входить всередину загороджень.

Рис. 15.13. Паралельне з’єднання опорів ізоляції

та тіла людини

В місцях небезпеки вивішуються таблиці та плакати. Обслуговуючий персонал проходить курс техніки безпеки, інструктується, постачається гумовими рукавицями, ботами, ізолюючими килимками та підставками.

Небезпека проходження через тіло людини струмів витоку виникає в тих випадках, коли внаслідок пошкодження ізоляції під струмом опиняються металеві частини та станини машин, не з’єднані зі струмовідними деталями.

Для забезпечення безпеки у цьому випадку застосовується захисне заземлення металевих частин електротехнічних установок, що не знаходяться під напругою. Заземлення здійснюється за допомогою стальних труб, смуг, кутів, що закладаються у ґрунті на достатній глибині та з’єднуються з заземленими деталями стальними смугами (шинами). Таке захисне заземлення показане на рис. 15.14.

Рис. 15.14. Схема захисного заземлення у трипровідній лінії

Якщо відбудеться пошкодження ізоляції та корпус двигуна опиниться з’єднаним з дротом мережі, то людині, що доторкнеться до заземленого двигуна, не погрожує небезпека. Дійсно, у такому випадку струм витоку розподіляється між паралельними гілками і (рис. 15.15.).

Рис. 15.15. Розподіл струму витоку між тілом людини

та заземлювачем

Так як опір людини значно більший, ніж опір заземлювача, то майже увесь струм витоку пройде через заземлювач. Це справедливо, якщо заземлювач правильно розрахований та ретельно виконаний. При підвищеному опорі заземлювача небезпека ураження людини струмами витоку залишається.

15.12. Захисне заземлення чотирипровідних кіл

трифазного струму

У розглянутих раніше трипровідних лініях при пробої ізоляції та з’єднанні одного з лінійних дротів з корпусом двигуна захист з плавких запобіжників не спрацьовує, так як струми витоку недостатні для перепалювання плавкої вставки. Щоб спрацював захист, можна було б точку О (див. рис. 15.14) заземлити, як це показано пунктиром на рис. 15.15.

Рис. 15.15. Заземлення нульової точки у трипровідній лінії

Тоді при пробої ізоляції виникало б коротке замикання фази на землю та плавка вставка перегоріла б. Але таке заземлення нульової точки у трипровідній мережі недопустимо, так як дотик людини до корпусу пошкодженого двигуна був би смертельно небезпечний.

У цьому випадку через паралельно з’єднані заземлювач та тіло людини буде проходити вже не струм витоку, а струм короткого замикання (рис. 15.16), та, не дивлячись на те, що опір заземлювача набагато менший, ніж опір людини , відносно невелика частина струму короткого замикання, що проходить через людину, в абсолютному значенні може значно перевищувати небезпечний струм 50 мА.

Рис. 15.16. Розподіл струму короткого замикання між тілом людини та заземлювачем

Інакше у чотирипровідних колах трифазного струму. Тут можна побудувати таку систему захисту, яка надійно спрацьовувала б при кожному пробої ізоляції та попаданні напруги на корпус двигуна. Для цього достатньо корпус двигуна та інші металеві частини електротехнічних установок, що нормально не знаходяться під напругою, надійно з’єднати за допомогою сталевих смуг або дротів з нульовим дротом, як показано на рис. 15.17. Тепер пробій ізоляції призводить до короткого замикання фази генератора. Відповідна плавка вставка на протязі долі секунди перегоряє та відключає від мережі пошкоджену ділянку.

Рис. 15.17. Схема захисного заземлення у чотирипровідній лінії

Таке з’єднання металевих частин електротехнічних установок з нульовим дротом іноді називають зануленням.

Для перегоряння плавкої вставки потрібен деякий час. На протязі цього часу людина, що доторкнулась до пошкодженого двигуна, буде з’єднана з лінійним дротом і через її тіло пройде струм витоку. Щоб захистити людину від струму витоку, корпус двигуна (та всі металеві частини електротехнічних установок, що не знаходяться під напругою) потрібно заземлити. Однак простіше заземлити сам нульовий дріт, так як всі металеві частини вже з’єднані з ним, і тоді немає необхідності тягнути додаткові шини до електротехнічних установок. Отримана схема (рис. 15.17) знайшла широке розповсюдження. Її називають чотирипровідною мережею з заземленою нейтраллю.

Категорично забороняється у чотирипровідній мережі трифазного струму з заземленням нейтраллю заземляти корпус електротехнічних установок, не з’єднавши корпуси з нульовим дротом.

15.13. Устрій та найпростіший розрахунок заземлювачів

При виборі схеми заземлення перш за все слід оцінити можливості використання у якості заземлювачів близько розташованих металевих конструкцій; каркасів будівель, водопровідних труб, опалювальних систем та інше. В електричних мережах напругою до 1000 В загальний опір заземлювачів не повинен перевищувати 4 Ом при потужності мережі 100 кВт та більше та 10 Ом при потужності мережі менше 100 кВт.

Якщо природні заземлювачі відсутні або мають опір більше вказаних значень, встановлюють штучні заземлювачі, у якості яких застосовують:

1. Вертикально завантажені в ґрунт стальні труби довжиною 3 м, з товщиною стінок 3,5 мм та діаметром 50 мм.

2. Кутову сталь або стальні смуги товщиною 4 мм та площею поперечного перерізу не менше 48 мм², розташовані вертикально або горизонтально.

Найменша кількість заземлювачів – два. Відстань між заземлювачами не менше половини їх дожини, глибина завантаження не менше треті довжини заземлювача (рис. 15.18).

Рис. 15.18. Схема заземлювача

Якщо в якості заземлювача використовується труба, то її опір підраховується за формулою . Аналогічна формула для смуги має вигляд . Тут – питомий опір ґрунту, що приходиться на кожний метр довжини заземлювача (для суглинку , для піску – ). Більш точні дані для вказані у довідниках.

Кількість труб та смуг, що використовуються у якості заземлювачів, підраховується за формулою:

де – опір труби (смуги); – опір заземлення; η – коефіцієнт використання труби (смуги). При ; при .

Контрольні запитання

1. Надайте загальні відомості про призначення та класифікацію електричних мереж, їх будова та графічне зображення.

2. Охарактеризуйте дроти, кабелі, електроізоляційні матеріали у мережах напругою до 1000 В.

3. Надайте загальні відомості про електропостачання промислових підприємств.

4. Розкажіть про падіння та втрата напруги у лініях електропостачання.

5. Надайте загальні відомості про розрахунок дротів за допустимої втрати напруги у лініях постійного, однофазного та трифазного струму.

6. Пояснити методику розрахунку дротів за допустимим нагрівом.

7. Що таке плавкі запобіжники?

8. Надайте загальні відомості про вибір плавких вставок.

9. Вибір площі перерізу дротів в залежності від встановлених запобіжників.

10. Яка дія електричного струму на організм людини? Визначити напруги дотику. Навести допустимі значення напруги дотику.

11. Охарактеризуйте захисне заземлення трипровідних кіл трифазного струму.

12. Охарактеризуйте захисне заземлення чотирипровідних кіл трифазного струму. Устрій та найпростіший розрахунок заземлювачів.